Голубая точка. Космическое будущее человечества - Карл Саган

В начале 1940-х гг. мы плохо представляли себе климат Марса и Венеры; считалось вполне вероятным, что люди могли бы существовать там без изощренных систем жизнеобеспечения. Но астероиды воспринимались иначе. Даже тогда было хорошо известно, что астероиды – мелкие сухие безвоздушные миры. Если их планировалось заселить, причем значительным количеством людей, эти маленькие миры потребовалось бы как-то переделать.

В «Траектории столкновения» Уильямсон описывает группу «космоинженеров», способных создать благоприятные условия на таких безжизненных мирах. Описывая превращение небесного тела в мир, напоминающий Землю, Уильямсон придумал название для такого процесса – «терраформирование». Он знал, что, поскольку сила тяжести на астероиде мала, любая атмосфера, доставленная туда или полученная на месте, быстро улетучится в космос. Поэтому основная технология терраформирования у него называлась «парагравитация» – искусственная гравитация, позволяющая удерживать плотную атмосферу.

Насколько известно сегодня, парагравитация физически невозможна. Но можно представить себе на поверхности астероидов куполообразные прозрачные жилища, описанные Константином Циолковским, либо поселения внутри астероидов, о которых еще в 1920-е гг. говорил известный британский исследователь Джон Бернал. Поскольку астероиды невелики и гравитация на них слабая, было бы сравнительно легко возвести даже массивные подповерхностные конструкции. Если бы туннель был прорыт через астероид насквозь, то можно было бы запрыгнуть в него, появиться с другой стороны примерно через 45 минут и сколь угодно долго болтаться вверх-вниз сквозь астероид. Если бы вы находились внутри подходящего астероида, например углеродистого, то могли бы найти там сырье для возведения каменных, металлических и пластиковых сооружений, а также не испытывали бы недостатка в воде – все, что требуется для создания замкнутой подповерхностной экосистемы, подземного сада. Для воплощения такого проекта потребовался бы значительный прогресс по сравнению с сегодняшним днем, однако – в отличие от «парагравитации» – ничто из вышеизложенного не кажется невозможным. Все его элементы присутствуют в современных технологиях. При наличии веской причины к XXII в. значительное количество людей могло бы обитать на астероидах (или внутри них).

Разумеется, им бы потребовался источник энергии не только для самообеспечения, но и, как указывал Бернал, для перемещения домов-астероидов в пространстве. (Это не кажется принципиально более сложным, чем взрывная коррекция астероидных орбит, которая спустя столетие может развиться в более филигранные реактивные технологии.) Если бы кислородная атмосфера синтезировалась из химически связанной воды, то для получения энергии можно было бы сжигать органику, точно как сегодня на Земле жгут ископаемое топливо. Вполне реально рассмотреть солнечную энергетику, хотя астероиды из Главного пояса получают лишь около 10 % солнечного света по сравнению с тем, что достается Земле. Тем не менее можно представить себе огромные площади солнечных панелей, покрывающих поверхность обитаемых астероидов и преобразующих солнечный свет в электричество. Фотоэлектрические технологии уже обычны на кораблях, обращающихся на околоземных орбитах, а также все активнее применяются на поверхности Земли. Но, хотя этого и может хватить для обогрева и освещения жилищ наших потомков, вряд ли полученной энергии будет достаточно для изменения орбит астероидов.

Для этой цели Уильямсон предлагал использовать антивещество. Оно очень похоже на обычное вещество, но между ними существует одно важное различие. Возьмем, к примеру, водород. Обычный атом водорода состоит из положительно заряженного протона и отрицательно заряженного электрона. Атом антиводорода состоит из отрицательно заряженного протона и положительно заряженного электрона (также называемого «позитрон»). Протоны, независимо от знака их заряда, обладают одинаковой массой, то же касается и электронов. Частицы с противоположными зарядами притягиваются. Атом водорода, равно как и атом антиводорода, стабилен, поскольку в обоих случаях положительные и отрицательные электрические заряды полностью уравновешиваются.

Антивещество не какой-то гипотетический конструкт, родившийся в буйном воображении писателей-фантастов или физиков-теоретиков. Оно существует. Физики получают антивещество в ядерных ускорителях, оно присутствует в высокоэнергетических космических лучах. Почему же о нем почти ничего не слышно? Почему никто не преподнес нам сгусток антивещества, чтобы мы его исследовали? Дело в том, что, когда вещество и антивещество вступают в контакт, они бурно аннигилируют, исчезая и оставляя после себя интенсивный всплеск гамма-излучения. Мы не можем определить, состоит ли предмет из вещества или из антивещества, просто взглянув на него. Например, спектроскопические свойства водорода и антиводорода идентичны.

На вопрос о том, почему вокруг мы наблюдаем одно только вещество и ни следа антивещества, Эйнштейн отвечал: «Вещество победило». Он имел в виду, что как минимум в нашей части Вселенной почти все вещество и антивещество давным-давно провзаимодействовали друг с другом и аннигилировали, а осталось лишь то, что мы называем обычным веществом[66]. Насколько мы можем судить сегодня по данным гамма-астрономии и других источников, Вселенная практически полностью состоит из вещества. Причина этого связана с глубочайшими космологическими проблемами, в которые мы не будем здесь углубляться. Однако если в начале времен существовал избыток вещества над антивеществом, составлявший хотя бы одну частицу на миллиард, то и этого было бы достаточно, чтобы объяснить наблюдаемую сегодня Вселенную.

Уильямсон представлял, что в XXII в. люди будут перемещать астероиды при помощи управляемой взаимной аннигиляции вещества и антивещества. Возникающие в результате гамма-лучи в сумме давали бы мощный реактивный импульс. Антивещество предполагалось добывать в Главном поясе астероидов (между орбитами Марса и Юпитера), поскольку именно через антивещество Уильямсон объяснял само существование пояса астероидов. В далеком прошлом, полагал он, в Солнечную систему из глубин космоса вторглось чужеродное тело, состоявшее из антивещества. Оно врезалось в планету земной группы, которая тогда была пятой от Солнца, и аннигилировало с ней. Осколки от этого мощного столкновения и есть астероиды, причем некоторые из них до сих пор состоят из антивещества. Стоит захватить антиастероид – Уильямсон признавал, что это может быть непросто, – и можно перемещать миры по собственному усмотрению.

На тот момент идеи Уильямсона были футуристическими, но далеко не глупыми. Кое-что из «Траектории столкновения» можно считать провидческим. Однако сегодня у нас есть веские основания полагать, что в Солнечной системе отсутствуют существенные количества антивещества и что пояс астероидов вовсе не состоит из осколков землеподобной планеты, а представляет собой колоссальный массив мелких тел, которые как раз не смогли собраться в единую планету, поскольку этому мешает гравитация Юпитера.

Однако сегодня мы действительно получаем (очень) малые объемы антивещества в ядерных ускорителях и в XXII в., вероятно, сможем синтезировать его в значительно больших количествах. Поскольку оно так эффективно (вся материя превращается в энергию по уравнению E = mc2, КПД 100 %), возможно, к тому времени антивещественные двигатели будут прикладной технологией, и Уильямсон окажется прав. В противном случае на какие источники энергии мы можем рассчитывать, если соберемся заниматься модифицированием астероидов, их освещением, обогревом и перемещением?

Солнце светит, сталкивая отдельные протоны и синтезируя из них ядра гелия. При этом выделяется энергия, однако КПД данного процесса составляет менее 1 % по сравнению с аннигиляцией вещества и антивещества. Но даже протон-протонные реакции далеко выходят за пределы возможностей, которые с какой-либо реальной вероятностью появятся у нас в ближайшем будущем. Для такой реакции понадобились бы слишком высокие температуры. Однако вместо вышеописанного слияния протонов можно было бы воспользоваться более тяжелыми изотопами водорода. Это уже делается в термоядерных зарядах. Дейтерий – это атом, в котором протон связан ядерными силами с нейтроном. В атоме трития ядерные силы связывают с протоном не один, а два нейтрона. Кажется вероятным, что в XXI в. у нас будут рабочие энергетические модели, связанные с управляемым синтезом из дейтерия и трития, а также дейтерия и гелия. Незначительные количества дейтерия и трития присутствуют в воде (на Земле и в других мирах). Изотоп гелия, необходимый для синтеза, 3He (его ядро состоит из двух протонов и одного нейтрона) миллиарды лет откладывался на поверхности астероидов, обдуваемых солнечным ветром. Эти процессы и близко не сравнимы по эффективности с протон-протонными реакциями на Солнце, но они позволяют получить достаточно энергии, чтобы в течение года запитывать небольшой город от ледяного пласта мощностью всего несколько метров.